Cell突破性发现：多变的核糖体

　　

生物通报道  针对人类核糖体的一项突破性研究揭示出，这一微小的分子机器比以前认为的更加灵活多变。其序列发生微小的变化就可以改变的它的运作，使得它能够适应变化的环境。相关论文发表在7月3日的《细胞》（Cell）杂志上。

洛斯阿拉莫斯国家实验室研究员Karissa Sanbonmatsu说：“从实际的观点来看，这些第一次针对人类核糖体原子机制的研究，为贫血、癌症到阿尔茨海默氏症等一系列的疾病打开了一扇窗户。”新研究论文首次在原子细节上研究了人类核糖体解码遗传密码。

Sanbonmatsu说：“破解人类核糖体的这一机制能够应用于各种疾病，我们现在看到了对核糖体进行十年计算机模拟仿真产生的真正的回报。”

十多年来，洛斯阿拉莫斯国家实验室成功地将一些计算机方法应用于构建生物学上重要的分子机器如核糖体的结构和动态方面的模型。洛斯阿拉莫斯国家实验室的另一位研究人员Chang-Shung Tung 说：“开发的模型不够精确阻碍了将它们的结构作用与它们执行的各种功能直接联系起来。结合结构建模与高分辨率低温显微镜，这一问题得到了解决。”

微小的蛋白质工厂

大体上，一些分子机器渗透到了包括人类在内的所有生命形式中。所有的活细胞中都有核糖体，蛋白质在核糖体内生成，使得核糖体成为了生命最基本的机器之一（延伸阅读：Cell：拯救受困的细胞工厂）。

这项研究表明，核糖体高度可编程，其序列发生微小的变化也会改变它的运作。这些变化使得核糖体能够适应改变的环境。具体说来，人类的核糖体与细菌核糖体在整体结构上显示出一些细微的差异；这些变化改变了它的内部运作，从基于“摇摆”运动转为基于“旋转”运动的分子机制。而在这项研究之前无人知道这一点。

 “核糖体具有精湛的设计：其序列发生一点点的旋转就可以改变它的运动特征，使得它以更高的保真度解码遗传信息，适应人类细胞呈现的显著不同的环境，”Sanbonmatsu说。

核糖体对于许多抗生素疗法至关重要

核糖体是50%抗生素的靶标。为了消除副作用并提高疗效，研究人员必须了解除细菌核糖体之外抗生素与人类核糖体互作的机制。此外，畸形的人类核糖体与许多不同的人类疾病相关。

在这篇文章中，研究人员呈现了哺乳动物80S核糖体的亚纳米分辨率低温电子显微镜图像，揭示出细菌和哺乳动物之间核糖体延伸机制的一些显著差别。

（生物通:何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Regulation of the Mammalian Elongation Cycle by Subunit Rolling: A Eukaryotic-Specific Ribosome Rearrangement

The extent to which bacterial ribosomes and the significantly larger eukaryotic ribosomes share the same mechanisms of ribosomal elongation is unknown. Here, we present subnanometer resolution cryoelectron microscopy maps of the mammalian 80S ribosome in the posttranslocational state and in complex with the eukaryotic eEF1A⋅Val-tRNA⋅GMPPNP ternary complex, revealing significant differences in the elongation mechanism between bacteria and mammals. Surprisingly, and in contrast to bacterial ribosomes, a rotation of the small subunit around its long axis and orthogonal to the well-known intersubunit rotation distinguishes the posttranslocational state from the classical pretranslocational state ribosome. We term this motion “subunit rolling.” Correspondingly, a mammalian decoding complex visualized in substates before and after codon recognition reveals structural distinctions from the bacterial system. These findings suggest how codon recognition leads to GTPase activation in the mammalian system and demonstrate that in mammalia subunit rolling occurs during tRNA selection.